一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，包括ARM處理器、FPGA處理器、LCD觸摸屏、總線接口、運(yùn)動(dòng)反饋接口、電源，其中ARM處理器集成運(yùn)動(dòng)控制算法和PLC過程控制引擎；FPGA處理器計(jì)算得出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再傳給ARM處理器，并由其運(yùn)動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、位置和力矩，完成各個(gè)軸的速度、位置與轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)；LCD觸摸屏提供人機(jī)交互界面，通過觸摸屏輸入用戶指令和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，發(fā)送給ARM處理器和FPGA處理器；總線接口通過多節(jié)點(diǎn)間的通訊實(shí)現(xiàn)整機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)和IO數(shù)據(jù)交換；運(yùn)動(dòng)反饋接口實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)盤機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將這些信息反饋給FPGA處理器。本實(shí)用新型的控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤機(jī)各個(gè)軸電機(jī)實(shí)時(shí)高效的控制。
【專利說明】一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及五金產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)加工領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)生產(chǎn)的需求，嵌入式技術(shù)與總線技術(shù)在工業(yè)控制和生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外的嵌入式控制器也在不斷發(fā)展進(jìn)步。對(duì)于轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)使用的依然是液壓控制方式，通用型數(shù)控系統(tǒng)則由于功能缺乏針對(duì)性滿足不了具體的工藝要求；現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)控制系統(tǒng)，多通過PLC(可編程邏輯控制器)來實(shí)現(xiàn)，但此種方式比較適合單軸或雙軸的控制，多軸聯(lián)動(dòng)的話則面臨著硬件成本高、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的問題。
[0003]因此，國(guó)內(nèi)五金產(chǎn)品的加工過程需要一種高效、穩(wěn)定、模塊化的控制器，以滿足提高加工效率與加工精度等要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，包括ARM處理器、FPGA處理器、IXD觸摸屏、總線接口、運(yùn)動(dòng)反饋接口、電源，其中
[0007]ARM處理器，處理多節(jié)點(diǎn)間的總線通訊，執(zhí)行速度規(guī)劃、軌跡插補(bǔ)算法、位置控制、過程邏輯控制，并把控制指令和結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到FPGA處理器；
[0008]FPGA處理器，對(duì)運(yùn)動(dòng)反饋接口返回的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再通過SOC總線傳給ARM處理器，并由其運(yùn)動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、位置和力矩，從而完成各個(gè)軸的速度、位置與轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)；
[0009]IXD觸摸屏，提供人機(jī)交互界面，通過觸摸屏輸入用戶指令和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，發(fā)送給ARM處理器和FPGA處理器；
[0010]總線接口，通過多節(jié)點(diǎn)間的通訊實(shí)現(xiàn)整機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)和1數(shù)據(jù)交換；
[0011]運(yùn)動(dòng)反饋接口，實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)盤機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將這些信息反饋給FPGA處理器；
[0012]電源，將單一直流母線電壓轉(zhuǎn)換不同規(guī)格的工作電壓提供給為供處理器、編碼器、傳感器。
[0013]所述的FPGA處理器，包括FIFO模塊、軸控制模塊、編碼器模塊、數(shù)字1模塊，其中FIFO模塊實(shí)現(xiàn)ARM處理器和FPGA處理器之間數(shù)據(jù)速率差異的緩沖，避免數(shù)據(jù)丟失，軸控制模塊產(chǎn)生各個(gè)軸的脈沖控制序列，編碼器模塊解碼輸入信號(hào)得到各軸的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)，數(shù)字1模塊則通過12個(gè)I/O引腳的狀態(tài)設(shè)置對(duì)邏輯開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行讀取與輸出。
[0014]所述的總線接口，包括CAN總線接口以及以太網(wǎng)總線接口?？刂破靼遢dCAN總線接口與以太網(wǎng)總線兩種總線接口，支持ModBUS-TCP、EtherCAT和Powerlink等多種通訊協(xié)議，滿足多臺(tái)控制器之間數(shù)據(jù)交互的需求，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)多節(jié)點(diǎn)控制與多軸聯(lián)動(dòng)的控制要求。
[0015]所述的運(yùn)動(dòng)反饋接口，包括正交編碼器和限位開關(guān)。
[0016]所述的電源，通過集成電壓轉(zhuǎn)換芯片解決級(jí)聯(lián)中的電壓匹配。
[0017]所述的ARM處理器，其型號(hào)為STM32F103ZET6，處理器以及外圍電路組成ARM處理器最小工作電路。
[0018]所述的FPGA處理器，其型號(hào)為ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外圍最小工作電路。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0020]1、本實(shí)用新型使用FPGA處理器中自主研發(fā)的高速位置鎖存IP，應(yīng)用于自動(dòng)加工過程中砂輪磨損量的自動(dòng)精確補(bǔ)償，在砂輪與探頭觸碰一瞬間，F(xiàn)PGA處理器高速將對(duì)應(yīng)軸的坐標(biāo)鎖存，消除了軸運(yùn)動(dòng)慣性的導(dǎo)致的誤差，同時(shí)提高了此過程的效率。
[0021]2、ARM處理器模塊，即控制軟件中集成了豐富的運(yùn)動(dòng)控制算法和PLC過程控制引擎，并且通過LCD觸摸屏上的人機(jī)界面上供用戶進(jìn)行操作調(diào)用。
[0022]3、本實(shí)用新型的控制器模塊化集成度高，實(shí)時(shí)控制效果好、控制功能穩(wěn)定，硬件成本低，軟件功能定制與升級(jí)換代方便，為五金加工行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)加工過程提供了一種新的控制方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型所述的一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0025]圖1中，CAN (CONTROL AREA NETWORK)總線接口用于多個(gè)控制器之間的總線通訊；Ethernet(以太網(wǎng))總線接口用于控制器與工業(yè)PC機(jī)聯(lián)機(jī)在線調(diào)試過程的數(shù)據(jù)通訊；Debug(調(diào)試)接口，用于給芯片燒寫程序及調(diào)試使用；LCD(Liquid Crystal Display),即液晶顯示屏，本實(shí)用新型用的是帶觸摸屏功能的液晶顯示屏；FIF0(First Input FirstOutput)先進(jìn)先出隊(duì)列機(jī)制，作為數(shù)據(jù)傳輸過程的存取方法。
[0026]如圖1，一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，包括ARM處理器、FPGA處理器、IXD觸摸屏、總線接口、運(yùn)動(dòng)反饋接口、電源，其中
[0027]ARM處理器，處理多節(jié)點(diǎn)間的總線通訊，執(zhí)行速度規(guī)劃、軌跡插補(bǔ)算法、位置控制、過程邏輯控制，并把控制指令和結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到FPGA處理器；所述的ARM處理器，其型號(hào)為STM32F103ZET6,處理器以及外圍電路組成ARM處理器最小工作電路；
[0028]FPGA處理器，對(duì)運(yùn)動(dòng)反饋接口返回的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再通過SOC總線傳給ARM處理器，并由其運(yùn)動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、位置和力矩，從而完成各個(gè)軸的速度、位置與轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)；所述的FPGA處理器，包括FIFO模塊、軸控制模塊、編碼器模塊、數(shù)字1模塊，其中FIFO模塊實(shí)現(xiàn)ARM處理器和FPGA處理器之間數(shù)據(jù)速率差異的緩沖，避免數(shù)據(jù)丟失，軸控制模塊產(chǎn)生各個(gè)軸的脈沖控制序列，編碼器模塊解碼輸入信號(hào)得到各軸的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)，數(shù)字1模塊則通過12個(gè)I/O引腳的狀態(tài)設(shè)置對(duì)邏輯開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行讀取與輸出；所述的FPGA處理器，其型號(hào)為ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外圍最小工作電路；
[0029]IXD觸摸屏，提供人機(jī)交互界面，通過觸摸屏輸入用戶指令和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，發(fā)送給ARM處理器和FPGA處理器；
[0030]總線接口，通過多節(jié)點(diǎn)間的通訊實(shí)現(xiàn)整機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)和1數(shù)據(jù)交換；所述的總線接口，包括CAN總線接口以及以太網(wǎng)總線接口 ；
[0031]運(yùn)動(dòng)反饋接口，實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)盤機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將這些信息反饋給FPGA處理器；所述的運(yùn)動(dòng)反饋接口，包括正交編碼器和限位開關(guān)；
[0032]電源，將單一直流母線電壓轉(zhuǎn)換不同規(guī)格的工作電壓提供給為供處理器、編碼器、傳感器；所述的電源，通過集成電壓轉(zhuǎn)換芯片解決級(jí)聯(lián)中的電壓匹配。
[0033]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:包括ARM處理器、FPGA處理器、IXD觸摸屏、總線接口、運(yùn)動(dòng)反饋接口、電源，其中 ARM處理器，處理多節(jié)點(diǎn)間的總線通訊，執(zhí)行速度規(guī)劃、軌跡插補(bǔ)算法、位置控制、過程邏輯控制，并把控制指令和結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到FPGA處理器； FPGA處理器，對(duì)運(yùn)動(dòng)反饋接口返回的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再通過SOC總線傳給ARM處理器，并由其運(yùn)動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、位置和力矩，從而完成各個(gè)軸的速度、位置與轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)； LCD觸摸屏，提供人機(jī)交互界面，通過觸摸屏輸入用戶指令和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，發(fā)送給ARM處理器和FPGA處理器； 總線接口，通過多節(jié)點(diǎn)間的通訊實(shí)現(xiàn)整機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)和1數(shù)據(jù)交換； 運(yùn)動(dòng)反饋接口，實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)盤機(jī)各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將這些信息反饋給FPGA處理器； 電源，將單一直流母線電壓轉(zhuǎn)換不同規(guī)格的工作電壓提供給為供處理器、編碼器、傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的FPGA處理器，包括FIFO模塊、軸控制模塊、編碼器模塊、數(shù)字1模塊，其中FIFO模塊實(shí)現(xiàn)ARM處理器和FPGA處理器之間數(shù)據(jù)速率差異的緩沖，避免數(shù)據(jù)丟失，軸控制模塊產(chǎn)生各個(gè)軸的脈沖控制序列，編碼器模塊解碼輸入信號(hào)得到各軸的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置參數(shù)，數(shù)字1模塊則通過12個(gè)I/O引腳的狀態(tài)設(shè)置對(duì)邏輯開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行讀取與輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的總線接口，包括CAN總線接口以及以太網(wǎng)總線接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的運(yùn)動(dòng)反饋接口，包括正交編碼器和限位開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的電源，通過集成電壓轉(zhuǎn)換芯片解決級(jí)聯(lián)中的電壓匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的ARM處理器，其型號(hào)為STM32F103ZET6，處理器以及外圍電路組成ARM處理器最小工作電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字總線的轉(zhuǎn)盤磨刀機(jī)嵌入式控制器，其特征在于:所述的FPGA處理器，其型號(hào)為ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外圍最小工作電路。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK204065733SQ201420391354
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】賴乙宗, 葉峰, 邱釗湃 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)